糯扎渡水電站廠用電備自投系統的分析與設計

古樹平，李 穎

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

糯扎渡水電站廠用電備自投系統的分析與設計

古樹平，李 穎

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

糯扎渡水電站為國內大型水電工程，其廠用電系統非常復雜，備自投系統為保證廠用電的供電可靠性發揮了重要作用。文章對電站的10 kV、400 V廠用電備自投裝置的動作邏輯進行了詳細的分析與設計，并解決了備自投裝置的定值整定、兩級廠用電備自投的動作配合等問題，為國內外同類型工程提供了參考。

廠用電系統；備自投系統；動作邏輯

0 引言

糯扎渡水電站位于云南省境內，屬于瀾滄江梯級電站，共安裝9臺單機容量650 MW的水輪發電機組，總裝機容量為5 850 MW，為國內大型水電站。電站廠用電系統的結構、接線及運行方式均非常復雜，提高供電可靠性、確保電站主設備安全運行是廠用電系統設計的關鍵。備自投裝置的運用可大幅提高廠用電可靠性，但對于大型水電站的廠用電系統，備自投系統的設計需考慮更多問題。

1 廠用電系統的結構及運行方式

電站廠用電系統分為10kV和400V兩級，10kV供電系統分為廠區、壩區和備用3部分；400 V供電系統按電站負荷的區域布置分為機組自用電、公用電、照明用電、尾水用電、壩區用電等部分。

廠區10 kV母線分為3段：Ⅰ段母線電源取自1號、3號發電機單元的機端變壓器；Ⅱ段母線電源取自4號、6號發電機單元的機端變壓器；Ⅲ段母線電源取自7號、9號發電機單元的機端變壓器。每段母線的兩個進線電源斷路器相互閉鎖，保證正常情況下只有一回電源工作。

Ⅰ段和Ⅱ段、Ⅱ段和Ⅲ段之間設聯絡斷路器，正常工況各段獨立運行。當Ⅰ段或Ⅲ段失電時，通過聯絡斷路器從Ⅱ段取得電源；當Ⅱ段失電時，通過聯絡斷路器從Ⅰ段或Ⅲ段取得電源；當3段均失電時，通過Ⅰ段和Ⅲ段由備用電源為廠區供電，此時3段母線分為兩段運行。

壩區10 kV供電系統為單母線分段接線，每段母線設兩個電源進線，一路來自廠區10 kV供電系統，另一路來自備用電源系統。每段母線的兩個進線電源設聯鎖裝置，以保證正常情況下只有一回電源工作。兩段母線間設聯絡斷路器，正常工作時，兩段獨立運行，如某段失電時，通過聯絡斷路器從另一段取得電源；如兩段母線均失電時，從備用電源系統取得電源。

10 kV備用電源為單母線分段接線，每段母線設兩個電源進線，一路來自10 kV施工變電站，另一路為柴油發電機。兩段母線間設聯絡斷路器，正常工況兩段獨立運行，均從施工變電站取得電源，當一回施工電源失電時，通過聯絡斷路器從另一段的施工電源取得電源；如兩回施工電源均失電，則自動啟動柴油發電機，僅作為保安電源。

400 V廠用電系統主母線均分為A、B兩段，每段電源均取自10 kV系統，經10/0.4 kV低壓廠用變接入400 V配電盤，兩回電源互為備用。另外，在壩區設置1臺柴油發電機，以保證在全廠失電時開啟泄洪閘門之用。

2 備自投功能要求

備自投系統的設計應根據廠用電接線形式確定，其功能要求應滿足：

（1）應保證在工作電源斷開后，才投入備用電源［1］。這是為了防止備用電源投于故障元件而擴大事故。

（2）工作母線上的電壓，無論何種原因消失，除有閉鎖信號外，自動投入裝置均應能動作。

（3）工作電源失壓時，應檢測工作電源是否有電流，只有在無流時才允許啟動備自投裝置，這是為了防止電壓互感器二次回路斷線引起備自投誤動。

（4）備自投裝置應保證只動作一次［2］。

（5）當備自投裝置動作時，如果備用電源投于故障，應有保護加速跳閘。

（6）備自投裝置的動作時間，應使負荷停電時間盡可能短［3］。

3 備自投動作邏輯

10 kV供電系統根據電站負荷的區域分布分為廠區、壩區和備用3部分，每個部分接線及運行方式各有不同，因此備自投的動作方式也不同。

3.1 廠區10 kV系統

根據廠區10 kV系統的負荷供電需求、運行方式和接線形式，廠區備自投包括3級備投：

第1級備投：3段母線分列運行工況，若1段失電，實現本段母線進線備投。第2級備投：若本段母線兩條進線均失電，實現母線分段備投。第3級備投：若兩段母線均失電，實現外來電源備投。

為保證可靠性，3段母線不可同時并列運行，即兩個分段開關不能同時投入。因此上述第3級備投是從外來電源取電，而非從第3段取電。

圖1 廠區10 kV供電系統圖

根據系統運行方式及3級備投的動作邏輯，廠區備自投設計包括以下方式：

進線備投方式：以I母為例，當I母獨立運行或I、II母并列運行時（此時II母進線失電），進線1、2互為備投，1DL或2DL自動投入。

分段備投方式：以I母為例，當I母進線1、2均失電，9DL自動投入。

外來電源備投：當其中兩段并列運行時，兩段母線均失電或第3段失電，為避免3段并列，則采用外來電源備投，即3DL或8DL自動投入。

自恢復供電：當失電進線電源恢復時，備自投自動恢復原有供電方式。

以上備自投的動作邏輯能適應各種運行工況，保證供電可靠性，在具體設計實施時，還應考慮備自投裝置的動作邏輯詳細分解、動作出口、延時設置等問題。

3.2 壩區10 kV系統

相比廠區10 kV系統，壩區10 kV供電系統的接線與運行方式相對簡單，其備自投動作的邏輯為：

分段備投方式：當其中1段母線失電，且備投動作條件滿足時，分段開關3DL自動投入，實現兩段母線并列運行。分段備投方式簡單高效，確保壩區兩段母線的可靠供電。

圖2 壩區10 kV供電系統圖

當兩段母線并列運行時，如果其中1段母線的電源進線恢復供電，此時備自投自動跳開3DL，恢復兩進線供電，兩段母線分列運行。

進線備投方式：當兩段母線同時失電，備自投跳開1DL、2DL和3DL。此時，再對兩條備用電源進線進行判斷。如果備用電源進線1有壓，則先合3DL，再延時合4DL。如果備用電源進線2有壓，則先合3DL，再延時合5DL。

當進線電源恢復，備自投自動將備用電源斷開，恢復主電源（進線1、2）繼續供電。

3.3 備用10 kV系統

備用10 kV系統接線與運行方式與壩區10 kV系統類似，其備自投的動作邏輯與壩區供電系統基本相同。

分段備投方式：當其中1段母線失電，且備投動作條件滿足時，分段開關3DL自動投入，實現兩段母線并列運行。

進線備投方式：當兩段母線同時失電，備自投跳開1DL、2DL和3DL。此時，備自投自動投入柴油發電機，即自動投4DL、5DL。柴油發電機僅承擔大壩、廠房滲漏排水及大壩泄洪負荷。

圖3 備用10 kV供電系統圖

3.4 400 V供電系統

400 V廠用電系統，結構簡單清晰，基本都采用兩進線一分段的接線方式。備自投的動作邏輯采用分段備投方式即滿足供電要求，不再贅述。

此外，400 V備自投裝置除具有備投功能外，一般還含有分段保護等功能，對備投動作十分有利。

圖4 400 V供電系統圖

400 V分段保護的功能配置一般包括：

（1）復壓閉鎖過流保護。

（2）合閘后加速保護（過流加速段）：手合于故障及備投動作合閘于故障加速跳閘。

（3）充電保護：若分段的任一相電流大于充電電流，則延時跳分段開關。

4 備自投裝置定值整定與動作配合

糯扎渡水電站廠用電備自投系統廠區10 kV供電系統采用RCS-9653C型備自投裝置，其余系統采用RCS-9651C裝置。

4.1 定值整定

備自投裝置的定值需根據相關整定規程、設計手冊［4～5］及產品說明書整定，同時對廠用電系統的結構、運行方式均需詳細研究。主要原則如下：

（1）母線或進線有壓定值可整定為70%Un，無壓啟動定值、無壓合閘定值可整定為30%Un。其中Un為電壓互感器額定二次電壓值。

（2）進線無流檢測定值可整定為0.1 A。

（3）備投失壓跳閘時限，根據10 kV、400 V系統運行方式及動作邏輯整定。

對于400 V備自投裝置所配置的分段保護，其定值整定原則為：

過流保護：投入一段過流保護，按躲過分段最大負荷電流整定，動作時限應能躲過母線上所有負荷中最長動作時限。投入復壓閉鎖條件，低壓條件可整定為70%Un，負序電壓根據經驗一般可整定為4 V。

過流加速保護：按躲過分段的最大負荷電流整定，動作時限可整定為0.1 s。

充電保護：充電過流定值按躲過分段的最大負荷電流整定。

4.2 動作配合

備自投動作配合包括兩級備投時限配合及同級備投之間的配合等問題。

（1）失壓跳閘延時：對于10 kV、400 V兩級廠用電系統，兩級備自投裝置不能同時動作，否則備投成功率低，不利于運行安全。為避免在10 kV電源進線失電時，兩級（10 kV、400 V）備自投裝置同時動作，并根據先投電源側，再投負荷側的原則，400 V備自投的動作時間應大于10 kV備自投動作時間，等待10 kV備自投動作成功。當10 kV備自投動作不成功時，400 V備自投才能動作。

（2）有壓跳閘延時：有壓跳閘用于自恢復供電方式，當進線恢復供電時，確認進線的電源可靠后延時啟動自恢復。

對于備自投配合，除了10 kV與400 V兩級備自投必須嚴格配合外，廠區10 kV、壩區10 kV和備用10 kV 3個系統之間也需要嚴格配合，壩區、備用10 kV系統的備自投動作時間應大于廠區備投的動作時間。

5 結論

文章分析了糯扎渡水電站廠用電系統的特點，通過對兩級備自投系統的動作邏輯、實現配合等問題進行分析和設計，解決了廠用電系統的控制問題。

大型水電站廠用電系統接線、運行方式均非常復雜，廠用電的供電可靠性至關重要，備自投系統合理配置和設計是確保水電站安全運行的關鍵。

［1］GB/T 14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］.

［2］NB/T 35010-2013水力發電廠繼電保護設計規范［S］.

［3］熊為群，陶 然.繼電保護、自動裝置及二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊-電氣二次部分［M］.北京：中國電力出版社，2011.

TM762.1

B

1672-5387（2016）10-0019-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.006

2016-06-17

古樹平（1986-），男，工程師，從事水電站控制與保護系統設計工作。